KERAGAMAN GENETIK
4. Pusat Penelitian Pemuliaan Tanaman di Dunia
Terdapat beberapa pusat penelitian pemuliaan tanaman yang tersebar di beberapa negara di dunia.
(a). Centro International Agricultura Tropical (CIAT), lembaga riset ini berlokasi di Kolumbia Amerika Selatan. Lembaga riset tersebut meneliti padi, rumput pakan ternak, leguminosa dan ketela pohon.
(b). Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz Y Trigo (CYMMYT) atau International Maize and Wheat Improvement Centre (IMWIC), lembaga riset ini berlokasi di Meksiko. Lembaga riset tersebut meneliti jagung dan gandum.
(c). International Potato Center (CIP), lembaga riset ini berada di Peru. Tanaman yang diteliti adalah kentang dan ubi jalar.
(d). International Center for Agriculture in The Dry Area (ICARDA), lembaga riset ini berada di Syria. Tanaman yang diteliti yaitu gandum, barley, faba bean, rumput pakan, leguminosa.
(e). International Center for Research for in Sub-Arid Tropics (ICRISAT), lembaga riset ini berlokasi di Hyderabad, India. Lembaga ini meneliti tentang tanaman sorghum, millet dan leguminosa.
(f). International Institute for Tropical Agriculture (IITA), lembaga riset ini berlokasi di Nigeria, Afrika. Lembaga ini melakukan penelitian tentang tanaman perkebunan, tanaman pangan dan tanaman tropika.
(g). International Rice Research Institute (IRRI), lembaga riset ini berlokasi di Los Banos, Filipina. Penelitian yang mereka lakukan adalah pada tanaman padi.
(h). Asian Vegetable Research and Development Center (AVRDC), lembaga riset ini berlokasi di Taiwan. Penelitian yang mereka lakukan tentang tanaman sayur.
39
Fungsi utama dari pusat-pusat sumber daya genetika adalah termasuk dalam pemanfaatan:
a. Eksplorasi
Eksplorasi merupakan suatu kegiatan baik itu mencari, mengumpulkan, serta meneliti jenis varietas lokal tertentu (di daerah tertentu) untuk mengamankannya dari kepunahan. Kegiatan ini dibutuhkan untuk menyelamatkan varietas-varietas lokal dan kerabat liar yang semakin terdesak keberadaannya bahkan mungkin mendekati kepunahan, yang disebabkan semakin intensifnya penggunaan varietas-varietas unggul baru.
Untuk menambah dan memperkaya koleksi plasma nutfah maka bisa dengan melakukan introduksi plasma nutfah dari luar negeri melalui kerja sama dengan lembaga-lembaga penelitian internasional seperti International Rice Research Institute (IRRI, Filipina) untuk plasma nutfah padi, Centro Internacional de Mejoramiento de Maiz y Trigo (CIMMYT, Mexico) untuk plasma nutfah jagung, dan lain sebagainya.
b. Konservasi
Ada dua macam cara konservasi yang kita kenal yaitu in situ dan ex situ. Cara pelestarian in situ bersifat pasif, dapat terlaksana hanya dengan mengamankan tempat tumbuh alamiah suatu jenis tanaman. Yang perlu dilakukan hanya pengawasan dan pengelolaan plasma nutfah yang belum diusahakan. Jenis-jenis tanaman tertentu diberi kesempatan berkembang dan bertahan dalam kondisi lingkungan alam dan habitat aslinya, tanpa campur tangan manusia. Kawasan konservasi in situ dapat berupa cagar alam, dan kawasan pelestarian alam (seperti: taman nasional, taman hutan raya dan taman wisata alam).
Sedangkan cara pelestarian ex situ merupakan cara pelestarian yang bersifat aktif, yang dimaksudkan adalah aktif dengan cara memindahkan suatu jenis ke suatu lingkungan atau tempat pemeliharaan baru di luar habitat alaminya. Tempat pelestariannya dapat berupa kebun raya, kebun buah-buahan, penyimpanan benih, kultur jaringan, kultur serbuk sari, atau kultur bagian tanaman yang lainnya.
40 c. Karakterisasi dan evaluasi
Karakterisasi merupakan suatu kegiatan mengidentifikasi sifat-sifat penting yang bernilai ekonomis, atau yang merupakan penciri dari varietas yang bersangkutan.
Karakter yang diamati dapat berupa karakter morfologis (bentuk daun, warna kulit biji, dan lain sebagainya), karakter agronomis (umur panen, tinggi tanaman, jumlah anakan, dan lain sebagainya), karakter fisiologis (senyawa alkaloid, alelopati, fenol, reaksi pencoklatan, dan lain sebagainya), marka isoenzim, dan marka molekular.
Sedangkan evaluasi merupakan suatu kegiatan yang dilakukan untuk mengidentifikasi kandungan senyawa gizi seperti, lemak, protein, vitamin, dan lain sebagainya serta untuk mengetahui reaksi varietas tanaman terhadap cekaman faktor biotik (ketahanan terhadap hama dan penyakit) dan abiotik (toleransi kekeringan, toleransi kadar garam tinggi, toleransi lahan masam, dan lain sebagainya).
Kegiatan karakterisasi dan evaluasi mempunyai arti dan peran yang penting untuk menentukan nilai guna dari materi plasma nutfah yang bersangkutan. Kegiatan tersebut dilakukan secara sistematis dan bertahap agar mempermudah upaya pemanfaatan plasma nutfah. Kegiatan tersebut juga menghasilkan sumber-sumber gen dari sifat-sifat potensial yang siap untuk digunakan dalam program pemuliaan.
d. Dokumentasi data plasma nutfah pertanian
Seperti kita ketahui bahwa aktivitas pengelolaan plasma nutfah tanaman akan melibatkan banyak kegiatan mulai dari eksplorasi/introduksi, registrasi, konservasi, karakterisasi, evaluasi hingga pemanfaatan plasma nutfah yang bersangkutan bagi kegiatan penelitian pemuliaan. Oleh sebab itu, di setiap pos kegiatan-kegiatan tersebut akan diperoleh banyak data dan informasi penting yang harus didokumentasikan.
Dengan demikian selain materi plasma nutfah, data dan informasi penting mengenai karakteristik plasma nutfah tersebut pun harus disimpan dalam bentuk database yang dikelola dengan baik. Perkembangan dalam peningkatan kualitas dan kuantitas aktivitas bank gen dari waktu ke waktu memerlukan ketersediaan data dan informasi yang dapat diakses setiap saat secara cepat, mudah dan akurat.
5. Rangkuman
Keragaman genetik dapat memperbesar kemungkinan untuk memperoleh
41
genotipe yang lebih baik melalui seleksi. Semakin seragam tanaman dalam suatu populasi maka akan semakin sulit dalam melakukan seleksi, tapi sebaliknya semakin tinggi keragamannya maka akan semakin mudah dalam melakukan seleksi.
Terdapat karakter – karakter / sifat – sifat pada tanaman yang dibedakan menjadi karakter kuantitatif dan karakter kualitatif. Sifat – sifat dengan sebaran yang kontinyu memiliki nilai tertentu yang dapat diperoleh melalui pengukuran kuantitatif. Oleh sebab itu, sifat/karakter tersebut disebut sebagai sifat/karakter kuantitatif. Tetapi sifat-sifat yang tidak membutuhkan pengukuran untuk memperoleh suatu nilai disebut dengan sifat/karakter kualitatif.
Sifat kualitatif diatur oleh sebuah gen (single genic) dan sedikit dipengaruhi oleh faktor lingkungan, sedangkan sifat kuantitatif dikendalikan oleh banyak gen nonalelik (polygenic) yang masing-masing memberikan kontribusi relatif terhadap pemunculan suatu fenotipe. Sifat kuantitatif banyak dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Analisis sifat kuantitatif hanya dapat dilakukan pada tingkat populasi, suatu hal yang tidak mutlak diperlukan bagi sifat kualitatif.
Untuk melakukan pembentukan keragaman genetik terdapat beberapa cara yang dapat dilakukan yaitu melalui introduksi, hibridisasi, eksplorasi, mutasi induksi, manipulasi kromosom dan poliploidi, fusi protoplas, transfer gen dan variasi somaklonal.
Berdasarkan kajian yang dilakukan Vavilov, ia mengelompokkan asal tanaman di dunia menjadi Pusat Cina, Pusat India, Pusat Indo-Malaya, Pusat Asia Tengah, Pusat Asia Timur, Pusat Mediterania, Pusat Abesinea, Pusat Meksiko Selatan dan Amerika Tengah, Pusat Amerika Selatan, Pusat Chilli, dan Pusat Brasilia-Paraguay.
Ada beberapa pusat sumber daya genetika yang tersebar di seluruh dunia.
Fungsi utama dari pusat-pusat sumber daya genetika adalah termasuk dalam pemanfaatan eksplorasi, konservasi, karakterisasi dan evaluasi, serta dokumentasi.
6. Diskusi
1) Jelaskan perbedaan antara sifat kuantitatif dan kualitatif pada tanaman!
2) Jelaskan cara-cara yang dapat digunakan dalam pembentukan keragaman genetik!
42
3) Jelaskan fungsi utama dari pusat-pusat sumber daya genetika!
43
HERITABILITAS
1. Pendahuluan
Seperti telah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa variasi yang muncul pada fenotipe suatu individu ditentukan oleh variasi genotipe dan variasi lingkungannya.
Proporsi variasi-variasi tersebut sangat penting bagi pemuliaan tanaman. Apabila varians genotipe lebih dominan sebagai penyumbang dibandingkan varians fenotipe, maka pada kondisi yang demikian dapat dilakukan perbaikan genetik tanaman pada karakter yang dimaksud agar ekspresi fenotipenya meningkat atau menurun, bergantung pada karakter yang akan diperbaiki. Tetapi jika varians lingkungan lebih dominan, maka sebaiknya perbaikan lingkungan ditempuh untuk meningkatkan atau menurunkan ekspresi fenotipe tersebut. Berdasarkan hal tersebut, perlu kita ketahui konsep heritabilitas dan metode-metode perhitungan yang digunakan pada perhitungan heritabilitas.
2. Pengertian
Ada dua tipe heritabilitas yang perlu kita ketahui yaitu heritabilitas arti luas dan heritabilitas arti sempit. Heritabilitas arti luas merupakan proporsi ragam genetik total terhadap ragam fenotipe. Sedangkan heritabilitas arti sempit merupakan proporsi ragam aditif terhadap ragam fenotipe.
Hanya nilai fenotipe yang bisa diukur langsung pada tanaman. Nilai fenotipe
bergantung pada genotipe tanaman dan lingkungan. Jika dirumuskan menjadi:
P = G + E (Persamaan 1), dimana P merupakan nilai fenotipe, G merupakan nilai genotipe, dan E merupakan deviasi karena lingkungan atau pengaruh non-genetik.
Persamaan 1 di atas masih dapat diperluas dengan membagi G ke dalam dua komponen yaitu aditif dan dominans. Hal ini dikarenakan, konstitusi genetik dalam genotipe dapat disebabkan oleh pengaruh gen aditif (additive gene) dan atau dominans (dominance). Jika dirumuskan menjadi G = A + D (Persamaan 2). Sehingga
BAB IV
44
Persamaan 1 menjadi: P = A + D + E (Persamaan 3). Suatu karakter kuantitatif diteruskan pada generasi berikutnya bergantung pada proporsi konstitusi genetik (genotipe) dari karakter tersebut terhadap fenotipe.
Berdasarkan rumus tersebut, dapat diketahui bahwa penyebab variabilitas fenotipe (varians fenotipe) suatu populasi dapat dihubungkan dengan varians aditif, varians dominans dan varians lingkungan. Berdasarkan Persamaan 3, varians fenotipe dan komponen variansnya dapat dirumuskan menjadi:
σ2P = σ2G + σ2E (Persamaan 4) σ2P = σ2A + σ2D + σ2E (Persamaan 5)
Perbandingan antara varians yang disebabkan oleh genotipe dengan varians fenotipe merupakan ukuran dari heritabilitas (heritability). Heritabilitas merupakan suatu kemampuan dari suatu karakter untuk diwariskan pada keturunannya. Proporsi varians genotipe dalam varians fenotipe dapat dihitung dengan rumus:
Nilai dugaan heritabilitas dalam arti luas (broad heritability = heritability in broad sense) merupakan perbandingan antara keseluruhan varians genotipe dengan varians fenotipe. Jika varians genotipe dipilah, maka diperoleh persamaan:
VA merupakan varians karena pengaruh gen-gen aditif dan σ2D merupakan pengaruh dominans. Apabila tidak terjadi hubungan dominans antara allel maka σ2D = 0 sehingga Persamaan 6 menjadi :
Nilai dugaan heritabilitas di atas disebut nilai dugaan heritabilitas dalam arti sempit (narrow heritability = heritability in narrow sense). Heritabilitas dalam arti sempit dihitung berdasarkan porsi aditif seluruh varians genetik. Mc.Whirter (1979), membagi
σ2G σ2G
h2b = atau h2b = (Persamaan 6) σ2P σ2P + σ2E
σ2A + σ2D
h2b = (Persamaan 7) σ2P
σ2A
h2b = (Persamaan 8) σ2P
45
nilai heritabilitas arti luas menjadi tiga kelas yakni heritabilitas tinggi H > 0,5;
heritabilitas sedang jika nilai 0,2 ≤ H ≤ 0,5; dan heritabilitas rendah jika nilai H < 0,2.
Nilai duga heritabilitas berkisar antara 0,0 – 1,0. Jika nilai duga heritabilitas sebesar 1,0 menunjukkan bahwa semua variasi penampilan tanaman yang ditimbulkan disebabkan oleh faktor genetik, sedangkan jika nilai duga heritabilitas 0,0 maka menunjukkan bahwa tidak satupun dari variasi tanaman yang muncul dalam populasi itu disebabkan oleh faktor genetik.
3. Perhitungan
Ada beberapa cara yang telah diusulkan oleh banyak ahli dalam menentukan nilai dugaan heritabilitas. Terdapat 4 metode yang umum digunakan dalam menentukan nilai dugaan heritabilitas, yaitu:
(a). Berdasarkan komponen varians genetik
(b). Berdasarkan perbandingan varians generasi-tidak-bersegregasi terhadap varians generasi-bersegregasi.
(c). Berdasarkan regresi antar anak dan orangtua
(d). Berdasarkan perbandingan varians galur terhadap total varians komponennya.
Hasil perbandingan tersebut disebut dengan nilai dugaan heritabilitas operatif, yakni suatu bentuk nilai dugaan heritabilitas dalam arti luas. Berdasarkan metode a, b dan c, nilai dugaan heritabilitas ditentukan berdasarkan seleksi individu tanaman.
Sedangkan metode d digunakan untuk pengujian seleksi berdasarkan kumpulan tanaman dari galur-galur.
a. Berdasarkan komponen varians genetik
Misalnya kita mempunyai dua galur homozigot A1A1 dan A2A2, dan kedua homozigot tersebut kita silangkan untuk memperoleh F1 dengan genotipe A1A2. Dari persilangan sendiri F1 atau persilangan antar F1 diperoleh F2 yang terdiri atas genotipe A1A1, A1A2 dan A2A2. Dalam menentukan heritabilitas berdasarkan komponen varians genetik, kita gunakan Model Satu-Lokus Fisher. Dalam suatu populasi monohibrid F2, kedua homozigot A1A1 dan A2A2 bisa dipandang sebagai penyimpangan yang ekstrim dari rata-rata populasi. Kita mengasumsikan nilai asal
46
adalah 0, yaitu nilai rata-rata (R) dari A1A1 dan A2A2. Kita menganggap bahwa genotipe A1A1 dan A2A2 mempunyai nilai genotipe (genotypic value) masing – masing adalah +a dan –a, dan heterozigot A1A2 memiliki nilai genotipe d.
A2A2 A1A2 A1A1
-a 0 d +a Gambar 17. Model Satu-Lokus dari Fisher
Nilai d bergantung pada derajat dominans yang dijelaskan sebagai berikut :
bila tidak ada dominans maka d=0
bila A1 dominan atas A2 maka d > 0
bila A2 dominan atas A1 maka d < 0
bila terjadi dominan penuh, maka d = +a atau d=-a
bila terjadi lewat dominans maka d>+a atau d<-a.
Derajat kedominanan dapat diekspresikan sebagai d/a.
Berdasarkan hukum Mendel, komposisi genotipe pada F2 adalah 0,25 A1A1 ; 0,50 A1A2 ; dan 0,25 A2A2. Sehingga rata-rata populasi dari generasi F2 adalah :
= 0,25 (+a) + 0,50 (d) + 0,25 (-a)
= 0,50 d
Konsribusi gen terhadap jumlah kuadrat yaitu :
= 0,25 (+a)2 + 0,50 (d)2 + 0,25 (-a)2
= 0,5 a2 + 0,5 d2
Karena rata-rata populasi adalah 0,5 d, maka secara teoritis varians genotipe F2= σ2 GF2
= 0,5 a2 + 0,5 d2– M2
= 0,5 a2 + 0,5 d2– 0,5 d2
= 0,5 a2 + 0,25 d2
Jika diketahui Σ d2= H dan Σ a2 = Z, maka Persamaan 9 dapat ditulis menjadi
47 σ2 GF2 = 0,5 Z + 0,25 H
Sehingga varians fenotipe F2 = σ2PF2 = 0,5 Z + 0,25 H + E Dengan pengertian E adalah varians lingkungan.
Sehingga nilai dugaan heritabilitas dalam arti luas adalah:
Nilai dugaan heritabilitas dalam arti sempit adalah:
b. Regresi anak-induk
Jika kita mau menentukan nilai dugaan heritabilitas suatu karakter yang dimiliki oleh induk dan anaknya maka dapat digunakan metode regresi anak-induk (offspring-parent regression). Pada karakter yang dimaksud, diasumsikan terjadi hubungan linear antara anak dan induk. Nilai dugaan heritabilitas dihitung sebagai perbandingan antara jumlah kovarians anak-induk dalam karakter tersebut dibandingkan dengan jumlah kuadrat deviasi nilai fenotipe dari rata-rata nilai fenotipe pada karakter induk. Oleh karena itu, dengan kata lain, nilai dugaan heritabilitas didapatkan dari perbandingan antara kovarians anak-induk dengan varians fenotipe induk. Jika dilihat dari segi persamaan linear, nilai dugaan heritabilitas tersebut adalah koefisien regresi dari persamaan linear (byx).
Perbedaan perhitungan nilai dugaan heritabilitas berdasarkan regresi pada tanaman menyerbuk sendiri (autogam) dan menyerbuk silang (alogam) didasarkan pada sumber genetik dari anak yang berasal dari induknya.